低溫固態(tài)反應(yīng)制備Ba-,1-y-Sr-,y-Ti-,1-x-Zr-,x-O-,3-及其介電性能研究.pdf

1、BaTiO3具有極高的介電常數(shù)，它是最早被開(kāi)發(fā)利用的無(wú)機(jī)非金屬功能材料之一，至今仍然是用量最大的電容器材料和電子功能陶瓷的基體。因此BaTiO3的合成方法一直是國(guó)內(nèi)外材料界研究的熱點(diǎn)。
　　 傳統(tǒng)固相反應(yīng)要在高達(dá)1200℃以上的高溫進(jìn)行，不僅能耗高，而且粒子易燒結(jié)，使得到的粉體硬團(tuán)聚嚴(yán)重，表面活性差。溶膠-凝膠法雖能制備納米粒子，但由于原材料價(jià)格昂貴而難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，本課題組曾經(jīng)采用水熱法合成了一系列鈦酸鋇基固溶體，并且已經(jīng)

2、實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，但是主要反應(yīng)仍需要在強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行，洗滌過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成了污染，并且對(duì)設(shè)備要求較高，為此，本文嘗試采用一種新的合成方法——低溫固態(tài)反應(yīng)法合成納米鈦酸鋇，并獲得了成功。通過(guò)試驗(yàn)我們得出這樣的結(jié)論：在此低溫固態(tài)反應(yīng)中，化學(xué)反應(yīng)是速度控制步驟。
　　 首先，以TiCl4為原料，將TiCl4水解后加入氨水打漿，調(diào)pH為6-8，減壓抽濾洗凈氯離子，然后將濾餅與新鮮的固體Baq（OH）2·8H2O以摩爾比1：1混合，在室溫下

3、混和均勻，放入烘箱直接烘干（80℃）即可得到鈦酸鋇粉體。經(jīng)XRD物相分析證明，產(chǎn)品為立方晶系。TEM形貌分析，粒子為均勻球形，平均粒徑60nm。對(duì)反應(yīng)物的初始狀態(tài)、水解過(guò)程、研磨時(shí)間、烘干條件等因素進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并獲得了制備高分散納米BaTiO3粉體的最佳工藝。其優(yōu)點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)率高；能耗低，不僅有效避免了產(chǎn)物的硬團(tuán)聚現(xiàn)象，而且主要反應(yīng)過(guò)程不使用溶劑，對(duì)環(huán)境污染小，從而實(shí)現(xiàn)了綠色化學(xué)反應(yīng)。
　　 通過(guò)制陶實(shí)驗(yàn)，

4、測(cè)定了材料的室溫介電常數(shù)、介電損失，得到較為理想的介電性能。
　　 但是，由于BaTiO3結(jié)構(gòu)的原因，使其本身存在如下缺陷：1.居里點(diǎn)偏高（120℃），即在120℃才有最大介電常數(shù)值（104），而室溫下的介電常數(shù)只有居里點(diǎn)的1/6左右；2.介電損失（tanδ）、溫度系數(shù)較大。根據(jù)理論推測(cè)，如果將半徑較小的離子取代Ba2+，或者將不活潑的離子取代Ti4+，都可以使材料的居里峰前移并展寬，介電性能得到改善。因此，為了提高BaTiO3

5、電介質(zhì)材料的室溫介電常數(shù)、減小介電損失，獲得介電性能優(yōu)異的鈦酸鋇陶瓷材料，我們采用低溫固態(tài)反應(yīng)法對(duì)鈦酸鋇進(jìn)行了有目的地?fù)诫s改性，確定出以摻Zr、Sr的固溶體來(lái)制備鈦酸鋇基介電陶瓷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過(guò)低溫固態(tài)反應(yīng)在TBaTiO3中摻入適量的鋯和鍶，通過(guò)XRD衍射分析和d-間距-組成證明，制備的粉體屬立方晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。摻雜之后的粉體介電常數(shù)接近20000，介電損耗降低，介電-溫度特性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)居里溫度由120℃降至室溫，介電性能得到了很大改善。<